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Technische Anforderungen und Manifestationen des Ubiquitous Computing

Seminararbeit 2011 11 Seiten

Informatik - Allgemeines

Leseprobe

Zusammenfassung

Nach einer kurzen Einführung in das Thema Ubiquitous Computing (UbiComp) zu Beginn, wer- den dessen technische Grundlagen erläutert. Zentrales Thema ist hier neben der Verarbeitung von Infor- mationen durch Mikroprozessoren die Identifikation von Objekten. Auch die Kommunikation zwischen Objekten, deren Wahrnehmung der Umgebung und Lokalisierung sind Punkte auf die im ersten Kapitel eingegangen wird.

Im zweiten Kapitel des Dokuments wird gezeigt, wie sich die bereits genannten technischen Grundlagen kombinieren lassen und somit manifestieren könnten. Dies wird an den Beispielen Wearable Computing, Smart Objects und Smart Homes vorgestellt.

Zuletzt wird das geschilderte kurz zusammengefasst und daraus eine absehbare Entwicklung abgelei- tet.

1 Einführung

Der Begriff Ubiquitous Computing (UbiComp) entstand 1991 und bedeutet frei übersetzt die „Allgegen- wärtigkeit der rechnergestützten Informationsverarbeitung“5. UbiComp verfolgt das Ziel den Menschen zu unterstützen, sowie eine durchgängige Optimierung und Förderung wirtschaftlicher und sozialer Pro- zesse durch eine Vielzahl von in der Umgebung integrierten Mikroprozessoren und Sensoren zu erreichen. Ein Merkmal des Ubiquitous Computing ist die Dezentralität bzw. die Modularität der Systeme und deren umfassende Vernetzung. Die Computerhardware, die diese Netzwerke bilden, werden in Gegenstände des täglichen Gebrauchs eingebettet und unterstützen den Nutzer unter anderem auch mobil mit Informations- diensten, an jedem Ort und zu jeder Zeit. Das System und die einzelnen Objekte innerhalb des Systems agieren kontextsensitiv und passen sich an die aktuellen Informationserfordernisse an. Aufgaben und Mög- lichkeiten zur Unterstützung des Nutzers werden automatisch erkannt und autonom bearbeitet7. Auch wenn UbiComp es anstrebt, dass Rechner Alltagsgegenstände und andere Objekte durchdringen, ist das verfolgte Ziel nicht, sich von der Realität abzukapseln und eine künstliche Realität zu erschaffen. Vielmehr wird angestrebt das Leben der Nutzer in der natürlichen, dem Menschen vertrauten Umgebung durch diskret in den Hintergrund tretende Technik angenehm zu gestalten3. Das Ziel ist es also unter anderem, trotz zunehmender Komplexität aufgrund der Menge und Allgegenwart von Informationen, den Menschen durch implizite Informationsverarbeitung zu unterstützen. Natürlich ergeben sich durch diese steigende Komple- xität auch Probleme, beispielsweise bezüglich der Informationssicherheit oder Privatspähre, auf welche jedoch in diesem Dokument nicht weiter eingegangen werden soll.

Gegenwärtig nutzen die Menschen PCs überwiegend für konkrete Aufgaben. Beispielsweise zur Kommunikation, zur Berechnung mathematischer Aufgabenstellungen, oder zur Informationsbeschaffung. Diese Handlungen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzer ganz bewusst mit dem PC interagiert. UbiComp verfolgt das Ziel, dass Rechner in Objekte integriert werden, also in ihnen unsichtbar vorhanden sind und dann ad-hoc kommunizieren können. So können die Objekte den Nutzer in seinem Alltag unterstützen, ohne dass er bewusst mit ihnen interagiert und ihm auch selbstständig etwas mitteilen.

Sinnvoll anwendbar ist solch eine Technik jedoch nicht nur im Alltag jedes Menschen, sondern auch zur genaueren Erfassung von Informationen bezüglich Umweltveränderungen oder Katastrophen, also Vorgängen die bisher nur schwer messtechnisch erfassbar sind.

Auch die Optimierung von Herstellungs- oder Logistikprozessen in der Industrie und Wirtschaft könn- te einen großen Nutzen aus ubiquitären Anwendungen ziehen. Ein Problem das UbiComp beispielsweise sehr gut adressiert, sind Medienbrüche. Ein Beispiel für einen Medienbruch ist die mehrfache Erfassung eines Auftrags oder Gegenstandes in unterschiedlichen betrieblichen Informationssystemen innerhalb ei- ner Wertschöpfungskette5. Medienbrüche sorgen für Langsamkeit, Intransparenz und Fehleranfälligkeit inner- und überbetrieblicher Prozesse. Gerade der Medienbruch der Dateneingabe kann durch UbiComp sehr gut adressiert werden. Das Ziel ist es, die physische Welt mit der Informationssystemwelt zeitnah und kostengünstig zu vernetzen und damit die Lücke zwischen der physischen betrieblichen Realität und de- ren informationstechnologischem Abbild zu schließen5. Dadurch, dass momentan der Mensch versucht diese Lücke zu schließen, indem ein Mitarbeiter die Daten per Tastatur oder Spracheingabe in das Informa- tionssystem des Unternehmens einträgt, kommt es hier oft zu Fehlern. Würden sich jedoch Aufträge, oder Gegenstände selbst in das Informationssystem eintragen, könnte man solche Fehler vermeiden.

Ubiquitäre Systeme und „intelligente“ Objekte stellen hohe technische Anforderungen. Neben den benötigten Technologien selbst, sind jedoch auch die Miniaturisierung und Kostendegression1 der beteiligten Elemente wichtige Treiber des UbiComp [5, 4].

2 Technische Anforderungen des Ubiquitous Computing

Um die physische Welt nahtlos mit Informationssystemen zu verknüpfen, stellen ubiquitäre Systeme hohe Anforderungen an die Technik. Auch ubiquitäre Objekte selbst benötigen Möglichkeiten zum interagieren, sich gegenseitig zu erkennen, wahrzunehmen und Informationen zu verarbeiten. Ebenfalls ist die Lokalisierung in vielen Einsatzbereichen wichtig. In diesem Kapitel wird gezeigt, inwiefern diese technischen Anforderungen erfüllt werden könnten.

2.1 Informationsverarbeitung

Gegenwärtig sind die Grundlage zur Verarbeitung von Informationen Mikroprozessoren. Um eine große Menge von Gegenständen oder sogar unsere Umwelt zu informatisieren, ist eine mindestens ebenso große Menge an leistungsfähigen Mikroprozessoren nötig. Da die ursprüngliche Form und Anmutung dieser Ge- genstände erhalten bleiben soll, ist es ebenfalls essentiell, die Größe dieser Prozessoren zu minimieren. Auch die Kosten sind ein entscheidender Faktor, um eine Allgegenwart von Mikrochips realisieren zu kön- nen.

Die Entwicklung der Integrationsdichte bei integrierten Schaltkreisen wird seit über vierzig Jahren recht genau durch das Gesetz von Moore beschrieben. Es besagt dass man alle 18 bis 24 Monate eine Verdop- pelung der auf einem Chip integrierbaren elektronischen Komponenten (wie z.B. Transistoren) erwarten kann[2]. Populärer ist eine Kurzform des mooreschen Gesetzes, welches ausdrückt, dass sich die Leis- tungsfähigkeit von Prozessoren etwa alle anderthalb Jahre verdoppelt. Neben den niedrigeren Schaltzeiten der kleineren Transistoren, die eine höhere Taktrate ermöglichen, tragen auch Architekturprinzipien wie Pipelining, Paralellität und Cachegrößen dazu bei eine höhere Prozessorgeschwindigkeit umzusetzen.

Dies ermöglicht die Entwicklung immer leistungsfähigerer integrierter Schaltkreise, bzw. die immer weiter reichende Miniaturisierung bei gleichbleibender Leistung. Nach Schätzungen von Experten wird der von Moore beschriebene Entwicklungsverlauf noch weitere 10 - 15 Jahre anhalten und somit Prozessoren und Speicherkomponenten immer leistungsfähiger, kleiner und preiswerter werden [7, 2].

Ein Problem bei der Entwicklung besserer Mikrochips ist die Energieversorgung. Während sich die Chips schnell weiterentwickeln, erhöhte sich die Energiekapazität konventioneller Batterien in den letzten 20 Jahren lediglich um 20%7. Somit steht heute vor allem die Stromversorgungseinheit einer weite- ren Miniaturisierung im Wege. Dies könnte die Entwicklung des ubiquitären Computings bremsen. Um in Zukunft energieautarke mobile Endgeräte zur Verfügung stellen zu können, werden neue Wege der Ener- gieversorgung beschritten, von denen Mikrobrennstoffzellen und das sog. „Energy Harvesting“, also die Erzeugung von Strom aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibration oder Luftströmungen am bedeut- samsten sind7.

2.2 Identifikation

Ubiquitous Computing verfolgt unter anderem das Ziel die Kluft zwischen der physischen und digitalen Welt zu schließen. Objekte sollen miteinander kommunizieren und aufeinander reagieren. Grundlage hier- für ist die Automatische Identifikation und Datenerfassung (Auto-ID). Auch steigende Ansprüche an die Organisation und Logistik in Unternehmen stellen immer höhere Anforderungen an Identifikationsverfah- ren.

Eine große Rolle bei der eindeutigen Identifikation von Objekten spielt die Standardisierung. Hiermit ist einerseits die Standardisierung der Identifikatoren - wie beispielsweise die European Article Number (EAN) und der Universal Product Code in der Handelsbranche - und andererseits die der Technologie selbst (Übertragungsprotokolle, Luftschnittstellen, Anwendungsstandards etc.) gemeint.

Seit den 70er Jahren stellt der Barcode das Mittel der Wahl zur automatischen Identifikation dar. Trotz hoher Leseraten von Barcodescannern, verbleiben Probleme bei verschmutzten Labeln und die benötigte Sichtverbindung des Barcodescanners zum Barcode-Label8.

Die wichtigste neuere Identifikationstechnologie, ist die Radiofrequenz-Identifikation (RFID). Hierbei ist das Identifikationsmerkmal auf einem Computerchip gespeichert. Diese Technologie erlaubt es Personen und Objekte eindeutig, schnell und berührungslos zu identifizieren. Ein Sichtkontakt ist nicht notwendig, da die Übertragung per Funk erfolgt. Grundsätzlich bestehen solche RFID-Systeme aus drei Komponenten: Lese-/Schreibgerät mit Kopplungseinheit, Rechner und RFID-Transponder. Das Lese-/Schreibgerät nimmt Informationen von anderen RFID-Transpondern in der Umgebung auf ,oder überträgt Informationen an diese. Es dient je nach System als reines Lesegerät bzw. als Lese-/Schreibgerät. Es wird über eine serielle Schnittstelle mit einem Rechner verbunden, der diese Informationen verarbeiten kann. Die Applikation, die auf dem Rechner läuft, schickt Kommandos und Daten an das Lesegerät und erhält wiederum Antwortdaten vom Lesegerät zurück2.

Der Transponder ist der eigentliche Informationsträger. Er besteht aus einem Mikrochip, einer Antenne, einem Träger und ggf. einer Stromquelle 2. Auf Impuls eines Lesegeräts sendet der Transponder seine gespeicherte Information.

[...]


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Details

Seiten
11
Jahr
2011
ISBN (eBook)
9783656169413
ISBN (Buch)
9783656170013
Dateigröße
551 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v192067
Institution / Hochschule
Hochschule RheinMain - Wiesbaden Rüsselsheim Geisenheim – Medieninformatik
Note
1,3
Schlagworte
Internet der Dinge Ubiquitous Computing Lokalisation RFID Identifikation Kommunikation Sensoren Wearable Computing Smart Home Smart Objects NFC Near Field Communication UbiComp GPS

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